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該如何利用「儲備心率」來定義五種訓練強度?

文/耐力網/羅譽寅


【圖】穿戴式裝置一直是科學化訓練的的關鍵
  監控訓練強度一直是科學化訓練十分重要的一環,運動強度太高或太低也都無法達到良好的訓練效果,所謂的訓練主要是由「訓練時間」與「訓練強度」所構成。訓練時間非常容易量化,例如持續10分鐘、多跑1分鐘、休息15秒,只要有時鐘在旁就可以輕鬆掌控訓練時間,然而訓練強度的量化就不是那麼容易了,不同人對於不同運動強度皆有不同的定義,或是根本不知道該如何去定義,因此耐力網推出了一系列的能力檢測系統,希望透過《Daniels’ Running Formula》中的五種訓練強度,幫助大家釐清各種強度的定義,並讓訓練變得更有效率。
  直到目前為止,監控訓練強度方式有很多種,包括:
  • 耗氧量(oxygen consumption)
  • 血乳酸濃度(blood lactate concentration)
  • 心跳率(heart rate)
  • 自覺運動強度(RPE)
  • 功率計(power measurement)
  • 訓練配速(pace)
  其中以監控「耗氧量」為最精確的監控方式,耗氧量(或稱攝氧量)是指我們在運動時所消耗/攝取的氧氣量,隨著運動強度的增加,耗氧量也會以同樣的比例上升,但監察耗氧量的缺點是必須透過實證室的設備才能準確測量,而且每個人的耗氧量皆有一個最大值(VO2max),這個數值也都需要親身到實證室進行特定的步驟才能得知,因此到目前仍未普及於日常訓練上;而有使用過耐力網心率檢測系統的人會發現,目前我們主要是以最大心率的百分比來定義訓練強度,主要是因為監控心跳的設備在目前已經算十分普及,而且心跳率之百分比與耗氧量百分比具有密切的關聯性1,因此對於一般大眾甚至是專業運動員來說,心跳率可以說是監控訓練強度非常合適的數據。

【圖】目前市面上量測心率較為準確的方式為配戴心率帶

  以下為美國肌力與體能訓練協會(NSCA)所出版的《Essentials of Strength Training and Conditioning 3rd Edition》中,有關於耐力運動之訓練強度(Training Intensity)以及心率的描述:
  The most accurate methods for regulating exercise intensity are to monitor oxygen consumption during exercise to determine its percentage of VO2max or to periodically measure the blood lactate concentration to determine the relationship to the lactate threshold. Until recently, obtaining accurate maximal oxygen uptake values required access to a laboratory. If VO2max testing is not available, exercise prescriptions can use heart rate, ratings of perceived exertion, metabolic equivalents, or exercise velocity to monitor exercise intensity.  Heart rate is likely the most frequently used method for prescribing aerobic exercise intensity. The reason is the close relationship between heart rate and oxygen consumption, especially when the intensity is between 50% and 90% of functional capacity(VO2max), also called heart rate reserve(HRR), which is the difference between an athlete’s maximal heart rate and his or her resting HR. The most accurate means of regulating intensity using this methods is to determine the specific HR associated with the desired percentage of VO2max or the HR associated with the lactate threshold.
譯文: 
  最精準監控運動強度的方法是在運動時監控氧氣消耗量,再來決定最大攝氧量之百分比,或是定時測量血液中的乳酸濃度來決定乳酸閾值。直到目前為止,要取得準確的最大攝氧量值需要到實驗室進行。如果無法進行最大攝氧量測試,運動處方(訓練計劃)可以使用心跳率、自覺運動強度、代謝當量、或是運動速度來監控運動強度。 
  心率也許是最常用來定義運動強度的方法,理由在於心率和耗氧量之間有密切的關係,特別是當運動強度是處於最大攝氧量或是儲備心率(最大心率與安靜心率之差)的50%-90%之間。最精確的運用此方法來制定運動強度的方式是要找出心率與最大攝氧量百分比之間的關聯,或是心率與乳酸閾值間的關聯。
出處:Thomas R. Baechle, & Roger W. Earle (2008). Essential of strength training and conditioning 3rd edition., 493. National Strength and Conditioning Association(U.S.): Human Kinetics.


為什麼「儲備心率法」比「最大心率法」更好?
  我們為求更準確地利用心率來監控訓練強度,認為最大心率之百分比(%MHR)確實難以根據每個人不同的體能狀況加以修正(因為當我們直接拿最大心率百分比來監控訓練強度時,我們是從心跳為零開始算起,那就會產生誤差;當然只使用%MHR來監控強度也有其好處,就是省去測量安靜心率的步驟),因此我們希望可以透過儲備心率(Heart Rate Reserve, 簡稱HRR)來定義出原有的五種訓練強度,儲備心率的概念最初是由卡蒙內(Karvonen)等人首先提出,其計算公式如下:
目標訓練強度心率 = 目標訓練強度百分比 × (最大心率 – 安靜心率) + 安靜心率
  由於安靜心率可以作為個人有氧適能(aerobic fitness)的指標,體能越佳者其安靜心率越低,體能越差者(或未經訓練者)則安靜心率會越高;因此以儲備心率來設定訓練強度就能夠考慮到個別運動員的體能差異,讓每一位運動員不會受到個別的體能差異而影響訓練的強度;假設現在有A、B兩名運動員,他們的最大心率同樣是200bpm,但A運動員經過長時間的耐力訓練,安靜心率為50bpm,而B運動員卻才剛接觸耐力訓練,所以他的安靜心率為較高的80bpm,在這種情況下,如果只採用最大心率的百分比(%MHR)來計算強度,兩位運動員會得出同樣的結果:
強度
%MHR
下限
上限
有氧耐力(E)
65 – 79%
130
158
有氧動力(M)
79 – 89%
158
178
乳酸閾值(T)
89 – 92%
178
184
無氧耐力(A)
92 – 97.5%
184
195
無氧動力(I)
97.5 – 100%
195
200

  但我們都知道,由於A運動員之體能較佳,其儲備心率(200-50=150)會比B運動員的(200-80=120)還要高,也就是說其實A、B兩位運動員在運動時心率的起始點本來就不一樣,所以在同樣的訓練強度下兩者的心跳率應該會是不一樣才對,如果我們只採用%MHR來判定訓練強度的話,兩位運動員會得到一樣的結果,可知%MHR並不是界定訓練強度最好的方法。

如何定義儲備心率的百分比
  但問題就來了,我們從《Daniels’ Running Formula》中知道了E、M、T、I各訓練強度的%MHR區間,但書中其實並沒有對儲備心率有太多的描述,因此我們並不知道這幾種訓練強度的%HRR區間範圍是多少,那麼到底要如何使用儲備心率來安排這五種強度上呢?
  上文提到,NSCA最新版的教科書指出:「心跳率百分比與耗氧量百分比具有高度的關聯性」,其中書上更列出了在不同強度下VO2max、HRR與MHR之間的關係,從表中可見%VO2max與%HRR兩者間的百分比完全吻合:
摘自Thomas R. Baechle, & Roger W. Earle (2008). Essential of strength training and conditioning 3rd edition., 493. National Strength and Conditioning Association(U.S.): Human Kinetics.

  既然我們知道%VO2max與%HRR有如此大的關聯性,也就說如果我們得知《Daniels’ Running Formula》中五種訓練強度的%VO2max後,便可以推斷出各強度的%HRR為何。而我們發現在Daniels的書中正好有五種強度的%VO2max(見下圖左欄);根據前面提到%VO2max與%HRR之間的密切性,所以我們認為各強度的%VO2max區間應該可以直接轉換成%HRR,並用來作為訓練時的依據。
下圖摘自《Daniels’ Running Formula》3rd Edition五種強度所對應的%VO2max:
摘自Jack Daniels, PhD(2013). Daniels’ Running Formula Third Edition., 48. United States of America: Human Kinetics.

  我們利用Daniels所提供的%VO2max區間轉換成%HRR,再重新計算A、B兩位運動員五種強度的區間(計算方式如下:59% × (200-50)+50=139,如此類推),可以發現%HRR的方式更乎合訓練的個別化原則:
A運動員的%HRR訓練區間(安靜心率=50bpm):
強度
%HRR
下限
上限
有氧耐力(E)
59 – 74%
139
161
有氧動力(M)
74 – 84%
161
176
乳酸閾值(T)
84 – 88%
176
182
無氧耐力(A)
88 – 95%
182
193
無氧動力(I)
95 – 100%
193
200
B運動員的%HRR訓練區間(安靜心率=80bpm):
強度
%HRR
下限
上限
有氧耐力(E)
59 – 74%
151
169
有氧動力(M)
74 – 84%
169
181
乳酸閾值(T)
84 – 88%
181
186
無氧耐力(A)
88 – 95%
186
194
無氧動力(I)
95 – 100%
194
200

最大心率法和儲備心率法的比較表:
訓練強度
%MHR的心率區間
%HRR of A的心率區間
%HRR of B的心率區間
E
130~158
139~161
151~169
M
158~178
161~176
169~181
T
178~184
176~182
181~186
A
184~195
182~193
186~194
I
195~200
193~200
194~200
  以同樣的最大心率200bpm的AB兩位運動員為例,比較這兩種方式,我們會發現強度愈低,誤差愈大。尤其對安靜心率較低的運動員來說,使用最大心率法(%MHR)時,E/M強度的心率區間就會有較大的誤差;如下列比較表,B的最大心率為200bpm,安靜心率為50bpm時,若使用最大心率法,E心率區間是130~158bpm,但儲備心率法的E心率區間是151~169bpm,差距相當大。這也是為什麼要使用儲備心率法的緣故。但提高到了T/I強度時,心率區間的差別就不多了。
個人使用經驗分享/比較(%MHR, %HRR)
  經過這篇文章的說明後相信大家都會對最大心率百分比與儲備心率百分比會有更進一步的了解,目前耐力網的工程團隊也正加緊腳步加入儲備心率強度以及其他與訓練相關的功能,敬請期待。
  目前在Garmin Connect上的訓練區間設定功能已經十分方便,使用者只要先輸入自己的最大心率、安靜心率、還有各強度區間之百分比後,網頁便會自動幫你計算出各強度的心率各是多少,設定完成後再接上Garmin之相關產品,按「傳送至裝置」就可以跟裝置同步已經設定好的訓練區間;以下為我個人的設定:
  • 只根據最大心率(%MHR)來設定的五級強度區間(不輸入靜止心率即以%MHR計算):

  • 只要輸入安靜心率(靜止心率),再更新各強度儲備心率之百分比(%HRR),網頁便會自動更新各區間該達到的心率:


  從上面兩個不同的設定可以看到,對我個人來說,我的%MHR跟%HRR之間比較大的差異在於E強度區間的範圍,根據%MHR的話我心率只要達到125bpm就算是處於E強度,但如果改成採用%HRR的話,要訓練E強度則心率需要達到135bpm,兩者的下限相差達10bpm,不過可見當強度越高時,兩者之差異會越來越少;實際上對我而言,在進行E長跑時如果心率都只落在125~130bpm之間的話,強度的確是太低了(速度已接近快走)。
  無論如何,從前面A/B兩位運動員的比較表中可見,以%HRR為準的訓練強度確實會比%MHR更能夠「因人制宜」,特別是對耐力運動的新手而言,其安靜心率越高的人,以%HRR跟%MHR所算出來的訓練區間落差將會更加明顯,以%HRR將會是更為合適的強度標準。

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成就三屆環法冠軍的飲食方式:低碳飲食

Chris Froome是目前英國最偉大的自行車選手之一,至今已經拿下三屆環法自行車賽總冠軍(2013、2015及2016年),兩屆奧運個人公路計時項目銅牌(2012、2016年)。大部分人看到的除了他輝煌的成就之外,就是他在騎車時的一大特色:低頭[註1]。不過,其實他還有一項秘密武器——低碳飲食。


從2007年開始成為職業自行車手,當時22歲的他體重約76公斤,表現可圈可點,甚少在重大比賽中獲勝;2010年加入天空車隊(Team Sky),並於2011年開始漸露頭角。當年他在環西大賽中拿下總排第二名,但他指出「我是以餓死自己的方式把體重減下來的,不過我認為這樣做一點都不健康」。2012年開始執行低碳飲食,盡可能減少碳水化合物的攝取[註2],特別是加工的碳水化合物,並增加蛋白質和脂肪的食用量;2013年即成為第二位拿下環法冠軍的英國人(第一位是2012年同屬天空車隊的Bradley Wiggins,當時Chris Froome擔任其副將,並拿下第二名),並展開他與天空車隊主宰多日賽場的凸台之路。


攝取愈多的碳水化合物,就需要更多的水分以儲存在身體上,這樣會造成體重增加,所以降低碳水化合物可以讓體重變輕,同時也減少多餘碳水化合物轉換成脂肪的重量。不過,很多人認為減少碳水化合物攝取將會導致競技表現不佳,但採取低碳飲食的Chris Froome,他的運動表現有變差嗎?相信三屆環法冠軍已經是最好的證明,但科學數據能夠讓故事更加完整。

下面這張圖片公佈了Chris Froome在剛成為職業自行車手跟2015年第二次稱霸環法時的生理數據,體脂肪從16.9%下降至9.8%,體重從75.6公斤下降至67公斤,由於體重下降的關係,最大攝氧量也從80.2毫升/公斤/分鐘上升至88.2毫升/公斤/分鐘。

其中「可持續功率」(Sustained power)是指能維持20到40分鐘的最大平均功率,是長距離自行車運動表現的指標。雖然絕對功率數值幾乎沒有差異,但是從功率體重比的角度來看的話,2015年比賽體重67公斤輸出419W,他的功率體重比高達6.25W/kg,比2007年的5.56W/kg提升了12%!這也完全反映在他強勢的爬坡能力上。

另外,「峰值功率」(Peak Power)則是無氧能力的指標,在實驗中會不斷增加瓦數,直至受試者衰竭為止,最後30秒的最大平均功率就是他的Peak P…

【自行車功率訓練】20分鐘最大平均功率從220w進步到258w

作為教練,最高興莫過於收到選手進步的消息!

20分鐘最大平均功率從12月的220w,今天測驗進步到258w(而且測驗前後還有安排30分鐘跟1小時的比賽配速訓練)!三個月的時間足足進步了38w,FTP也從209w進步到245w(3.66w/kg)!


去年底開始跟大陸一位半程超鐵選手合作(不喜歡說指導誰誰誰,因為我跟選手是一起共同成長),113k的最佳成績落在4小時35分左右,自行車90公里的完成時間在2小時30分左右,對亞洲地區的業餘選手來說已經算是很高的水平,要再進步必然有一定難度;但這也是我的價值所在。

受到環境因素所限,在冬季的時候由於外面太冷,所以自行車的課表全部都在訓練台上進行(沒錯,是全部訓練,包含週末的長距離課表),自行車每週訓練時數平均只有4~5小時,因此整體的訓練強度必須要提高。

我把他的訓練簡單劃分為三個週期,第一個週期同樣是以基礎有氧耐力為主,但要他在訓練台上待3~4個小時實在太殘忍了,所以我通常都會安排一些長時間的Zone2與Zone3間歇,例如:Zone3騎20分鐘+Zone2騎15分鐘,重覆3組,並循序漸進地拉長Zone3的時間。

第二個週期每週安排了2~3天的高強度間歇,強度在Zone5~6之間,這些區間這可說是他的罩門,因為在以前他很少會進行如此高強度的訓練,所以剛開始5分鐘的最大平均功率只有235w左右。在這個週期我分別安排了兩次5分鐘測驗,以檢視訓練的成效,成績分別是263w與283w(4.22w/kg),雖然不算突出,但也有足夠的空間讓他的閾值功率進步了。

第三個週期為競賽期,也就是開始要幫他調整到最好的狀況。課表大部分是以Zone3~Zone4為主,目的是為了提高乳酸閾值,還有模擬比賽的強度。在5分鐘最大功率進步之後,只有再經過合理的訓練,20分鐘最大功率也會跟著進步。距離比賽還有三週的時間,原本今天我預估他20分鐘的成績會落在240w附近而已,所以課表上我備註只要騎240w以內就好,深怕他會拉爆自己(之前測驗試過前半段騎太用力而提早結束);還好他沒有聽從課表的指示,騎出了最佳成績;祝他能夠順利在4月的Ironman 70.3柳州站完成夢想!

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對跑步或鐵人三項線上訓練有興趣的選手,歡迎傳訊息到我的臉書專頁:https://www.facebook.com/louian1993

【自行車】利用最大平均功率曲線觀察進步的幅度

最大平均功率曲線(Mean Maximal Power Curve)是根據每一秒鐘的最大平均功率所畫出來的曲線,橫軸是時間,縱軸是功率(瓦特「W」),由於運動強度會隨著時間而遞減,所以曲線一般都是從左邊開始逐漸往下降。



簡單來說,假如第1秒鐘的最大功率為1000W,第2秒鐘的最大平均功率為992W(2秒內的平均值),第5秒鐘的最大平均功率為874W(5秒內的平均值),第1分鐘為446W(1分鐘內的平均值),第12分鐘為......如此類推,只要把每一個時間點所對應的最大平均功率值連成一線,就可以得到這條曲線了。

TrainingPeaks的最大平均功率曲線圖表是把所有關鍵的時間點,如5秒、10秒、12秒、...5分鐘、20分鐘、60分鐘、90分鐘...等的最大平均功率連成曲線,讓使用者可以了解到自己在不同時間下的功率表現分別是怎樣。除了可以知道自己的缺點之外,也可以利用圖表中的比較功能(Comparison),選取兩段時間範圍的功率曲線作出對照,如此就可以看出自己在不同時間點的功率輸出是進步還是退步?是1分鐘還是30分鐘的功率進步?甚至可以用來檢視目前的訓練方式是否真的有達成預期的目標?是否需要對後續的訓練作出調整?

下圖是一名鐵人三項選手的最大功率曲線圖表,紫色區域是今年(2017年)1月到目前的紀錄,灰色(圖中顏色較深的部分)則是去年(2016年)一整年的紀錄。可以看到紫色完全把灰色的部分蓋過去,代表今年在不同時間的功率數據都表現得比去年還要好!這應該是所有選手跟教練們最樂於看到的結果。


接下來再看看另一位長距離的鐵人選手的最大功率曲線圖表,目前他的目標是超級鐵人226公里的賽事,所以在訓練上會更著重在有氧耐力(長時間的功率輸出),相對地無氧或衝刺的訓練會非常少。我同樣把今年跟去年的功率曲線作出比對,可以看到雖然今年在10分鐘內的功率輸出都比去年還要低,但10分鐘以後則隨著時間拉長,紫線相對變得更加平緩,代表他在有氧耐力的表現變得更好,功率隨時間而衰退的比率降低,因此能夠以更高的功率輸出維持更久的時間,也表示目前的訓練方式有符合預期目標。